完善的平臺(tái)、成熟的工具加速SDR探索與開發(fā)

總結(jié)： 一對(duì)集成式、單電路板、通用軟件無線電外設(shè)平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)70 MHz至6 GHz的連續(xù)頻率覆蓋，同時(shí)支持強(qiáng)大的設(shè)計(jì)和評(píng)估工具。

軟件定義無線電(SDR)是一種日益切實(shí)可行和重要的通信系統(tǒng)。原則上，它允許單個(gè)硬件設(shè)計(jì)支持多種格式、協(xié)議和頻率之間的通信，包括GSM基站、LTE基站、MIMO設(shè)計(jì)等。

基本SDR架構(gòu)看上去相對(duì)簡單（或者至少從原理圖上看是這樣），直接將放大后的RF信號(hào)數(shù)字化，無需下變頻和使用本地振蕩器，或者通過任何由硬件驅(qū)動(dòng)的調(diào)諧，然后采用不同算法對(duì)結(jié)果數(shù)字化處理。然而，對(duì)于想要探索SDR潛力、評(píng)估其適用性，甚至開發(fā)他們自有應(yīng)用的硬件和軟件工程師而言，有一個(gè)挑戰(zhàn)：將所有的硬件和軟件準(zhǔn)備就緒是極為困難的。在帶寬、動(dòng)態(tài)范圍、位數(shù)和其他性能參數(shù)方面，對(duì)模擬信號(hào)鏈元件的要求非常嚴(yán)格。

在模擬前端(AFE)中疊加分立通道以支持最寬的目標(biāo)RF頻譜的需要——范圍可從100 MHz左右擴(kuò)展到數(shù)GHz——使提供SDR平臺(tái)的能力變得更為復(fù)雜。因此，電路板空間的元器件成本、器件數(shù)目、功耗以及部署寬帶SDR的成本可能會(huì)超過SDR帶來的任何潛在優(yōu)勢。另外，僅有基本的開發(fā)硬件和軟件，而無適當(dāng)?shù)墓ぞ吲c支持是不夠的。

一款模擬IC改變現(xiàn)狀

這些便是Ettus Research™——一家具有SDR領(lǐng)域逾十年領(lǐng)先經(jīng)驗(yàn)的企業(yè)——著手設(shè)計(jì)通用軟件無線電外設(shè)(USRP™)時(shí)所面對(duì)的問題；該產(chǎn)品是一款完全集成式直接轉(zhuǎn)換收發(fā)器，可配置為多種格式、協(xié)議或頻率。其目的是面向低成本市場設(shè)計(jì)一款高效率、高性價(jià)比、易于使用的器件。

他們還希望支持MIMO（多路輸入/多路輸出），這種高級(jí)技術(shù)目前正越來越受關(guān)注，可作為提升性能、獲得更高數(shù)據(jù)速率和更低誤比特率的途徑。他們面對(duì)的主要硬件挑戰(zhàn)是滿足單芯片、寬帶、高性能信號(hào)鏈的前端要求，因?yàn)閷㈩l譜重疊AFE通道并聯(lián)連接使用會(huì)讓設(shè)計(jì)過于復(fù)雜，且成本太高。

幸運(yùn)的是，Ettus的需求與RF IC可提供的特性正巧相吻合，這款器件便是ADI公司的AD9361 RF捷變收發(fā)器；該器件針對(duì)此SDR的要求而量身定制，尺寸為10 mm × 10 mm，集成雙獨(dú)立通道（如圖1所示），具有200 kHz至56 MHz用戶可調(diào)諧RF帶寬，以及12位分辨率，另外還有構(gòu)建70 MHz至6 GHz信號(hào)鏈所需的其他特性與性能。使用該器件可將整個(gè)AFE濃縮在相對(duì)簡單的單個(gè)電路中。

圖1： ADI的AD9361針對(duì)靈活SDR設(shè)計(jì)中的用戶可調(diào)諧寬帶、低噪聲而優(yōu)化。

其最終的SDR設(shè)計(jì)產(chǎn)生兩款密切相關(guān)的產(chǎn)品：基礎(chǔ)B200 1×1通道和B210 2×2通道（用于MIMO應(yīng)用）USRP平臺(tái)（見圖2），它們易于使用，并由強(qiáng)健的軟件生態(tài)系統(tǒng)提供支持，采用豐富的C API設(shè)計(jì)。每個(gè)單元均包括一個(gè)開放可重編程Spartan6 FPGA用于數(shù)據(jù)處理，以及一個(gè)SuperSpeed USB 3.0端口用于連接。圖3請(qǐng)注意，AD9361具有極高的性價(jià)比，可以同時(shí)應(yīng)用于1×1和2×2設(shè)計(jì)；1×1設(shè)計(jì)只是不提供針對(duì)第二通道的額外支持?！?BR>

圖2和圖3： USRP B210（左）和B200（右）提供低成本SDR實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，是完全集成的單電路板通用軟件無線電外設(shè)，連續(xù)頻率覆蓋范圍為70 MHz至6 GHz。

這些完全集成的直接變頻收發(fā)器可配置為FM和TV廣播接收信號(hào)的實(shí)驗(yàn)和評(píng)估、采用OpenBTS進(jìn)行GSM基站原型制作、使用GNU無線電GPS、WiFi、ISM等進(jìn)行開發(fā)。提供USRP Hardware Driver™，簡化GNURadio的軟件原型制作，并讓用戶參與開源SDR社區(qū)。

在本設(shè)計(jì)中使用AD9361的另一個(gè)優(yōu)勢，是可獲得操作靈活性。關(guān)鍵參數(shù)（如增益和帶寬）未事先在硬件設(shè)計(jì)階段固定，而是通過SPI端口接口，使用軟件和處理器設(shè)置，甚至即時(shí)更改。這可讓算法針對(duì)特定的頻段、帶寬、SNR和目標(biāo)格式優(yōu)化硬件性能，同時(shí)無需對(duì)并非最優(yōu)的權(quán)衡取舍作出讓步。

USRP B200實(shí)時(shí)系統(tǒng)吞吐率基準(zhǔn)值為61.44MS/s（正交調(diào)制），對(duì)主機(jī)PC而言具有最高56 MHz的瞬時(shí)RF帶寬，以便使用GNURadio SDR設(shè)計(jì)環(huán)境進(jìn)一步處理。為UHD（USRP硬件驅(qū)動(dòng)程序）軟件提供完全支持可允許現(xiàn)有設(shè)計(jì)代碼的無縫重新使用，從而用戶可即刻著手GNU無線電的開發(fā)，并采用OpenBTS為其自有GSM基站進(jìn)行原型制作，同時(shí)將B200代碼輕松轉(zhuǎn)移到性能更佳且為業(yè)界所支持的USRP平臺(tái)。

極大地挖掘SDR的潛力

在概念上提出軟件定義無線電的優(yōu)勢是一回事，而事實(shí)上SDR則遠(yuǎn)為強(qiáng)大。為了更清楚地演示這一點(diǎn)，Ettus Research應(yīng)用工程師Balint Seeber最近讓一臺(tái)B200單元和筆記本電腦晝夜不停地運(yùn)行一周，探索舊金山地區(qū)。

此處提供有關(guān)他的一段詳細(xì)采訪。在采訪中，他披露了很多有趣的信號(hào)和隱秘世界詳情。

與過去的探索者專注地理細(xì)節(jié)不同，Balint的這次旅行專注其周遭的RF環(huán)境。

長久以來，SDR是吸引很多設(shè)計(jì)人員的神秘領(lǐng)域，這些設(shè)計(jì)人員希望完全了解SDR能為他們的一系列不同應(yīng)用帶來何種好處。Ettus公司的B200和B210產(chǎn)品采用高度集成、極致帶寬RF捷變收發(fā)器IC（如AD9361），有了這些產(chǎn)品，工程師便可探索并利用SDR，從而揭開其神秘面紗，并提升這項(xiàng)技術(shù)的吸引力。

Ettus Research、USRP和USRP硬件驅(qū)動(dòng)程序?yàn)镹ational Instruments公司的注冊(cè)商標(biāo)。文中提及的其它產(chǎn)品和公司名稱均是各自公司的商標(biāo)或商品名稱。